Механические свойства древесины

   Целлюлозные цепочки всегда представляют собой нитевидные молекулы. Растительная клетка имеет форму трубки, стенки которой образованы длинными, уложенными приблизительно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы.

   Таким образом, с инженерной точки зрения любую древесину можно считать пучком параллельных трубок. Поскольку материал этих трубок по существу для всех пород одинаков, то прочность древесины зависит от толщины стенок и, следовательно, от средней плотности древесины.

   Механические качества древесины не отличаются от свойств, которые можно ожидать от пучка трубок или волокон.

   Прочность древесины определяют путем испытания малых, чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

   Прочность древесины как анизотропного волокнистого материала в большой степени зависит от того, под каким углом к волокнам будет направлена сила (рис. 7).

   Диаграмма растяжения – сжатия древесины вдоль волокон представлена на рис. 8. в области растяжения она практически линейна, а дерево при этом ведет себя как хрупкий материал. При испытании на сжатие кривая «напряжение-деформация» существенно не линейна.

   Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и влажности.

   Прочность древесины определяют на небольших лабораторных образцах без пороков.

   Прочность при сжатии определяют вдоль и поперек волокон. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4-6 раз больше, чем прочность поперек волокон. Например, предел прочности при сжатии образцов воздушно-сухой сосны вдоль волокон – около 100 МПа, а поперек – только 20- 25 МПа.

   Прочность древесины при растяжении вдоль волокон в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии.

- подробно узнать о всех работах, выполняемых в составе обследования, можно в разделе: «Обследование конструкций, помещений, зданий, сооружений, инженерных сетей и оборудования.»

   Удельная прочность древесины при растяжении вдоль волокон примерно такая же, как у высокопрочной стали и стекло-пластика.

   Следовательно, древесина по своей удельной прочности конкурирует с современными конструкционными материалами. Однако использовать высокую прочность древесины не так легко, поскольку сучки, трещины и другие пороки сильно снижают ее механические свойства. В этом отношении большие возможности дает применение древесины в клееных деревянных конструкциях.

   Прочность при статическом изгибе древесины достаточно высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около 70% прочности при растяжении. Поэтому древесина (балки, настилы и т.п.) чаще всего работает на изгиб.

   К тому же дерево стойко к концентрации напряжений ввиду наличия внутренних поверхностей раздела между волокнами.

   Прочность древесины при скалывании имеет большое значение при устройстве врубок, клеевых швов и т.п. в деревянных конструкциях. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для большинства применяемых в строительстве древесных пород составляет 6,0-13 МПа, а при скалывании поперек волокон – в 3-4 раза выше. Кроме этих испытаний может проводиться определение предела прочности древесины при перерезании поперек волокон.

- подробно узнать о всех работах, выполняемых в составе исследований и экспертизы, можно в разделе: «Исследование конструкций и материалов. Экспертиза деталей, изделий, узлов, элементов и пр.»

   Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см2). Твердость древесины по торцу на 15-50% больше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) – более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы.

   Факторы, влияющие на механические свойства древесины. Общая тенденция состоит в том, что, чем плотнее древесина, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины возрастает, если лес растет на возвышенных местах и песчаных почвах.

   Прочностные характеристики древесины несколько снижаются с повышение температуры.

   Стандартные методы определения механических свойств на малых «чистых» образцах позволяют сравнивать между собой прочность древесины одной породы или разных пород и оценивать общее качество древесины из данного лесонасаждения. Несмотря на это фактическая прочность строительной древесины в элементах стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), в которых имеются те или другие дефекты строения и другие особенности, может быть значительно ниже. Поэтому при нормировании допускаемых напряжении (расчетных сопротивлений) устанавливается относительно большие коэффициенты запаса прочности.

   По этой причине в отличие от других строительных материалов сорта лесоматериалов определяют не по прочности образцов, а на основании тщательного осмотра материала и оценки имеющихся в нем пороков.

Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: manager@tse-expert.ru